第一节 牛顿力学的成就与局限性（分层作业）物理粤教版必修第二册

第一节 牛顿力学的成就与局限性 目录 【攻核心·技能提升】 1 考点一、牛顿力学的成就与局限性 1 【拓思维·重难突破】 6 【链高考·精准破局】 8 考点一、牛顿力学的成就与局限性 1. D 2. C 3. C 4. B 5. C 6. B 7. D 8. C 9.【答案】（1）30m；（2）；（3） 【详解】（1）箭上的人相对火箭静止，所以箭上的人测得火箭的长度应为。 （2）观察者测得火箭的长度应为 （3）火箭上有一只完好的手表走过了3min，则地面上的人认为它走过这3min“实际”上花的时间为 10.【答案】10．（1）D （2）C （3） 向东 文昌 （4） ① F2 ② ③ Q点 P点 【解析】10．（1）A．哥白尼提出了日心说，牛顿发现了万有引力定律，故A错误； B．第谷观测出了行星的轨道数据，伽利略总结出了行星运动三大定律，故B错误； C．卡文迪许利用扭秤装置和微小形变放大思想，比较准确地测出了引力常量，故C错误； D．哈勃观测到遥远恒星的光谱的红移现象，提出宇宙正在膨胀，故D正确； 故选D。 （2）根据狭义相对论可知，地面上某一事件所对应的时间流逝变慢了，地面上某一物体的长度变小，飞船的长度和质量不变。 故选C。 （3）[1]地球的自转方向是自西向东，利用惯性，飞船可以向东发射； [2]为了最大限度地利用地球的自转速度，在赤道或赤道附近，地球的线速度越大，则选择文昌发射基地较好。 （4）① “哈雷彗星”经过P点的速率小于经过Q点的速率，则太阳位于F2点； ②根据开普勒第二定律可知 则 ③[1][2]太阳位于F2点，根据广义相对论可知，“哈雷彗星”在Q点由空间弯曲产生较明显的进动，“哈雷彗星”在P点的速率较小，则“携带”的时钟走得较慢。 11. B 12. B 13. D 14. D 15. C 16.【答案】 不合理 速度超过光速，牛顿运动定律只能适用于宏观、低速的情况 【详解】[1]不合理，该速度已大于真空光速，根据相对论任何物体的速度不能超过真空光速。 [2]这个公式只适用于宏观低速的情况。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一节 牛顿力学的成就与局限性 目录 【攻核心·技能提升】 1 考点一、牛顿力学的成就与局限性 1 【拓思维·重难突破】 6 【链高考·精准破局】 8 考点一、牛顿力学的成就与局限性 1．下列运动不能用牛顿力学规律解释的是（　　） A．射出的子弹 B．“复兴号”动车从长沙向北京运动 C．月球绕地球运动 D．电子绕原子核高速运动 2．经典力学是从宏观的、日常的运动中总结出来的。运用经典力学研究下列运动的时间，有误差的是（　　） A．成熟的苹果落地的时间 B．火车过隧道的时间 C．带电粒子在回旋加速器中的运动周期 D．单摆的周期 3．下列运动不能用经典力学描述的是（　　） A．高铁列车从北京向广州飞驰 B．火箭携带嫦娥六号飞向月球 C．电子以接近光速的速度运动 D．歼战斗机从山东号航母上起飞 4．物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了人类文明的进步，下列说法符合史实的是（　　） A．伽利略根据理想斜面实验总结出了牛顿第一定律 B．牛顿建立了万有引力定律理论，并提出可以进行“月地检验” C．卡文迪什通过扭秤实验测量了静电力常量 D．相对论和量子力学建立，意味着经典力学已经没有存在的必要 5．下列关于物理学发展过程的说法中，正确的是（　　） A．伽利略有关自由落体运动规律的结论是完全通过实验得到的 B．牛顿最早通过理想斜面实验提出力不是维持物体运动的原因 C．“月—地检验”表明地面物体所受地球的引力与月球所受地球的引力遵从相同的规律 D．牛顿力学适用于宏观低速物体，无法研究人造地球卫星的运动 6．研究下列问题时，能用牛顿运动定律分析研究的是（    ） A．研究绕原子核做圆周运动的电子的运动 B．研究月球绕地球所做的圆周运动 C．研究两个黑洞的碰撞合并过程 D．研究导航卫星里的原子钟的计时原理 7．牛顿力学是近代物理学的基础，因此牛顿被认为是最伟大的物理学家之一。但是牛顿力学在某些领域不再适用，或者说牛顿力学也有一定的局限性。下列选项不适用牛顿力学的是（　　） A．低速 B．宏观 C．参数远小于1的地球引力场 D．参数接近于1的黑洞 8．下列现象中可以在牛顿力学的框架下得到解释的是（　　） A．水星轨道近日点的进动 B．中子星或黑洞的运动 C．“辽宁号”航母上战斗机起飞 D．高能加速器中电子的运动 9．一枚静止时长30m的火箭以光速的的速度从观察者的身边掠过，计算： （1）箭上的人测得火箭的长度应为？ （2）观察者测得火箭的长度应为多少？ （3）火箭上有一只完好的手表走过了3min，则地面上的人认为它走过这3min“实际”上花了多少时间？ 参考公式：时间延缓公式：，长度收缩公式： 10．宇宙探索 人类从诞生开始，无数科学家前赴后继揭开了宇宙演化的部分神秘面纱，而如暗物质、暗能量等这些未解之谜有待人们进一步的探索。 （1）关于科学家对宇宙探索做出贡献的叙述中正确的是（　　） A．牛顿提出了“日心说”，并且发现了万有引力定律 B．第谷观测了行星的轨道数据，提出了行星运动三大定律 C．伽利略利用扭秤装置和微小放大法，较准确地测出引力常量G D．哈勃观测到遥远恒星的光谱红移现象，提出宇宙正在膨胀 （2）宇航员乘坐星际飞船高速驶离地球的过程中，在考虑相对论效应的情况下，宇航员发现（　　） A．.星际飞船的长度变短 B．星际飞船上的物体的质量变大 C．地球上的时钟变慢 D．地球上有些建筑物的高度不变 （3）（简答）从物理学角度，由地面发射太空飞行器或飞船，可以借助地球自转选择 发射（选填“向东”或“向西”）；我国先后建成了酒泉、太原、西昌、文昌四大航天发射中心，它们的纬度依次为北纬41°、38°、28°、19°，请分析选择哪个发射场较好？ （4）如图是“哈雷彗星”绕太阳沿椭圆轨道运动的示意图，其中F1、F2是椭圆的两个焦点，O是椭圆的中心，观测发现“哈雷彗星”经过P点的速率小于经过Q点的速率。已知太阳的质量为m，引力常量为G，则： ①太阳应位于 （选填：A．“F1点”；B．“F2点”；C． “O点”）； ②测得“哈雷彗星”在距离太阳r1处的运行速度大小为v1，则在距离太阳r2处的运行速度大小v2＝ 。 ③根据广义相对论可知，“哈雷彗星”在 由空间弯曲产生较明显的进动，其“携带”的时钟在 走得较慢。（均选填：A．“P点”；B．“Q点”）。 11．物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了人类文明的进步，下列说法符合史实的是（　　） A．伽利略根据理想斜面实验总结出了牛顿第一定律 B．牛顿建立了万有引力定律理论，并提出可以进行“月地检验” C．卡文迪什通过扭秤实验测量了静电力常量 D．相对论和量子力学建立，意味着经典力学已经没有存在的必要 12．1687年，牛顿的《自然哲学的数学原理》的出版，意味着建立了完整的经典力学体系。关于经典力学的适用范围，可以总结为（　　） A．宏观、高速运动的物体 B．宏观、低速运动的物体 C．微观、低速运动的物体 D．微观、高速运动的物体 13．下列运动不能用牛顿力学规律解释的是（　　） A．射出的子弹 B．“复兴号”动车从长沙向北京运动 C．月球绕地球运动 D．电子绕原子核高速运动 14．牛顿力学是近代物理学的基础，因此牛顿被认为是最伟大的物理学家之一。但是牛顿力学在某些领域不再适用，或者说牛顿力学也有一定的局限性。下列选项不适用牛顿力学的是（　　） A．低速 B．宏观 C．参数远小于1的地球引力场 D．参数接近于1的黑洞 15．下列现象中可以在牛顿力学的框架下得到解释的是（　　） A．水星轨道近日点的进动 B．中子星或黑洞的运动 C．“辽宁号”航母上战斗机起飞 D．高能加速器中电子的运动 16.（2020·上海·高考真题）质量m=1.67×1027kg的质子在高能粒子加速器中加速为动能Ek=1.6×1010J。某同学根据算出质子的速度为v=4.38×108m/s该同学得出的数值是否合理 ，原因是 。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一节 牛顿力学的成就与局限性 目录 【攻核心·技能提升】 1 考点一、牛顿力学的成就与局限性 1 【拓思维·重难突破】 6 【链高考·精准破局】 8 考点一、牛顿力学的成就与局限性 1．下列运动不能用牛顿力学规律解释的是（　　） A．射出的子弹 B．“复兴号”动车从长沙向北京运动 C．月球绕地球运动 D．电子绕原子核高速运动 【答案】D 【详解】A．子弹属于宏观物体且速度远低于光速，牛顿力学适用，A错误； B．动车是宏观低速运动的物体，牛顿力学适用，B错误； C．月球绕地球运动属于宏观天体的低速运动，牛顿万有引力定律可解释，C错误； D．电子是微观粒子，其绕原子核的运动需用量子力学描述，牛顿力学无法解释其量子化行为，D正确。 故选D。 2．经典力学是从宏观的、日常的运动中总结出来的。运用经典力学研究下列运动的时间，有误差的是（　　） A．成熟的苹果落地的时间 B．火车过隧道的时间 C．带电粒子在回旋加速器中的运动周期 D．单摆的周期 【答案】C 【详解】经典力学适用于宏观低速物体的运动，不适用微观高速粒子的运动，则在研究成熟的苹果落地的时间时，或者研究火车过隧道的时间时，或者研究单摆的周期时均无误差；而在研究带电粒子在回旋加速器中的运动周期时会产生误差。 故选C。 3．下列运动不能用经典力学描述的是（　　） A．高铁列车从北京向广州飞驰 B．火箭携带嫦娥六号飞向月球 C．电子以接近光速的速度运动 D．歼战斗机从山东号航母上起飞 【答案】C 【详解】经典力学适用于低速宏观的物体，不适用于微观高速物体，故电子以接近光速的速度运动不能用经典力学描述，高铁列车从北京向广州飞驰、火箭携带嫦娥六号飞向月球、歼战斗机从山东号航母上起飞等都能用经典力学描述，故ABD能用经典力学描述，C不能用经典力学描述。 本题考查不能用经典力学描述的，故选C。 4．物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了人类文明的进步，下列说法符合史实的是（　　） A．伽利略根据理想斜面实验总结出了牛顿第一定律 B．牛顿建立了万有引力定律理论，并提出可以进行“月地检验” C．卡文迪什通过扭秤实验测量了静电力常量 D．相对论和量子力学建立，意味着经典力学已经没有存在的必要 【答案】B 【详解】A．牛顿在伽利略理想斜面实验基础上总结出了牛顿第一定律，选项A错误； B．牛顿建立了万有引力定律理论，并提出可以进行“月地检验”，选项B正确； C．卡文迪什通过扭秤实验测量了万有引力常量，选项C错误； D．相对论和量子力学适应于微观高速粒子的运动，而经典力学适应于宏观低速物体的运动，相对论和量子力学的建立并不否认经典力学，经典力学对解决宏观低速物体的运动仍有必要性，选项D错误。 故选B。 5．下列关于物理学发展过程的说法中，正确的是（　　） A．伽利略有关自由落体运动规律的结论是完全通过实验得到的 B．牛顿最早通过理想斜面实验提出力不是维持物体运动的原因 C．“月—地检验”表明地面物体所受地球的引力与月球所受地球的引力遵从相同的规律 D．牛顿力学适用于宏观低速物体，无法研究人造地球卫星的运动 【答案】C 【详解】A．伽利略有关自由落体运动规律的结论是通过实验和逻辑推理相结合得到的，故A错误； B．伽利略最早通过理想斜面实验提出力不是维持物体运动的原因，故B错误； C．“月—地检验”表明地面物体所受地球的引力与月球所受地球的引力遵从相同的规律，故C正确； D．牛顿力学适用于宏观低速物体，人造卫星的运动速度远低于光速，适合用牛顿力学来描述，故D错误。 故选C。 6．研究下列问题时，能用牛顿运动定律分析研究的是（    ） A．研究绕原子核做圆周运动的电子的运动 B．研究月球绕地球所做的圆周运动 C．研究两个黑洞的碰撞合并过程 D．研究导航卫星里的原子钟的计时原理 【答案】B 【详解】A．牛顿运动定律的适用范围是宏观、低速，绕原子核做圆周运动的电子的运动，是微观，不是宏观，所以不能用牛顿运动定律分析研究绕原子核做圆周运动的电子的运动，A不符合题意； B．研究月球绕地球所做的圆周运动，月球的运动是宏观、低速，所以能用牛顿运动定律分析研究月球绕地球所做的圆周运动，B符合题意； C．研究两个黑洞的碰撞合并过程，不能用牛顿运动定律，应该用动量守恒定律，C不符合题意； D．牛顿运动定律只适用于惯性系，所以不能用牛顿运动定律分析研究导航卫星里的原子钟的计时原理，D不符合题意。 故选B。 7．牛顿力学是近代物理学的基础，因此牛顿被认为是最伟大的物理学家之一。但是牛顿力学在某些领域不再适用，或者说牛顿力学也有一定的局限性。下列选项不适用牛顿力学的是（　　） A．低速 B．宏观 C．参数远小于1的地球引力场 D．参数接近于1的黑洞 【答案】D 【详解】AB．牛顿经典力学只适用于宏观低速物体，故AB正确； CD．根据万有引力提供向心力可得 则 当时，物体处于低速运动，故牛顿力学适用，当接近1时，物体处于高速运动，牛顿力学不再适用，故C正确，D错误。 本题选错误项，故选D。 8．下列现象中可以在牛顿力学的框架下得到解释的是（　　） A．水星轨道近日点的进动 B．中子星或黑洞的运动 C．“辽宁号”航母上战斗机起飞 D．高能加速器中电子的运动 【答案】C 【详解】A．水星轨道近日点的进动问题需要用爱因斯坦的广义相对论解释，故A错误； B．爱因斯坦提出的广义相对论，描述了引力和时空之间的关系，能解释中子星或黑洞的运动，故B错误； CD．牛顿力学适用于宏观低速的运动，即辽宁号”航母上战斗机起飞能解释，高能加速器中电子的运动属于微观高速的运动，需要用相对论解释，故C正确，D错误。 故选C。 9．一枚静止时长30m的火箭以光速的的速度从观察者的身边掠过，计算： （1）箭上的人测得火箭的长度应为？ （2）观察者测得火箭的长度应为多少？ （3）火箭上有一只完好的手表走过了3min，则地面上的人认为它走过这3min“实际”上花了多少时间？ 参考公式：时间延缓公式：，长度收缩公式： 【答案】（1）30m；（2）；（3） 【详解】（1）箭上的人相对火箭静止，所以箭上的人测得火箭的长度应为。 （2）观察者测得火箭的长度应为 （3）火箭上有一只完好的手表走过了3min，则地面上的人认为它走过这3min“实际”上花的时间为 10.宇宙探索 人类从诞生开始，无数科学家前赴后继揭开了宇宙演化的部分神秘面纱，而如暗物质、暗能量等这些未解之谜有待人们进一步的探索。 （1）关于科学家对宇宙探索做出贡献的叙述中正确的是（　　） A．牛顿提出了“日心说”，并且发现了万有引力定律 B．第谷观测了行星的轨道数据，提出了行星运动三大定律 C．伽利略利用扭秤装置和微小放大法，较准确地测出引力常量G D．哈勃观测到遥远恒星的光谱红移现象，提出宇宙正在膨胀 （2）宇航员乘坐星际飞船高速驶离地球的过程中，在考虑相对论效应的情况下，宇航员发现（　　） A．.星际飞船的长度变短 B．星际飞船上的物体的质量变大 C．地球上的时钟变慢 D．地球上有些建筑物的高度不变 （3）（简答）从物理学角度，由地面发射太空飞行器或飞船，可以借助地球自转选择 发射（选填“向东”或“向西”）；我国先后建成了酒泉、太原、西昌、文昌四大航天发射中心，它们的纬度依次为北纬41°、38°、28°、19°，请分析选择哪个发射场较好？ （4）如图是“哈雷彗星”绕太阳沿椭圆轨道运动的示意图，其中F1、F2是椭圆的两个焦点，O是椭圆的中心，观测发现“哈雷彗星”经过P点的速率小于经过Q点的速率。已知太阳的质量为m，引力常量为G，则： ①太阳应位于 （选填：A．“F1点”；B．“F2点”；C． “O点”）； ②测得“哈雷彗星”在距离太阳r1处的运行速度大小为v1，则在距离太阳r2处的运行速度大小v2＝ 。 ③根据广义相对论可知，“哈雷彗星”在 由空间弯曲产生较明显的进动，其“携带”的时钟在 走得较慢。（均选填：A．“P点”；B．“Q点”）。 【答案】10．（1）D （2）C （3） 向东 文昌 （4） ① F2 ② ③ Q点 P点 【解析】10．（1）A．哥白尼提出了日心说，牛顿发现了万有引力定律，故A错误； B．第谷观测出了行星的轨道数据，伽利略总结出了行星运动三大定律，故B错误； C．卡文迪许利用扭秤装置和微小形变放大思想，比较准确地测出了引力常量，故C错误； D．哈勃观测到遥远恒星的光谱的红移现象，提出宇宙正在膨胀，故D正确； 故选D。 （2）根据狭义相对论可知，地面上某一事件所对应的时间流逝变慢了，地面上某一物体的长度变小，飞船的长度和质量不变。 故选C。 （3）[1]地球的自转方向是自西向东，利用惯性，飞船可以向东发射； [2]为了最大限度地利用地球的自转速度，在赤道或赤道附近，地球的线速度越大，则选择文昌发射基地较好。 （4）① “哈雷彗星”经过P点的速率小于经过Q点的速率，则太阳位于F2点； ②根据开普勒第二定律可知 则 ③[1][2]太阳位于F2点，根据广义相对论可知，“哈雷彗星”在Q点由空间弯曲产生较明显的进动，“哈雷彗星”在P点的速率较小，则“携带”的时钟走得较慢。 11．物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了人类文明的进步，下列说法符合史实的是（　　） A．伽利略根据理想斜面实验总结出了牛顿第一定律 B．牛顿建立了万有引力定律理论，并提出可以进行“月地检验” C．卡文迪什通过扭秤实验测量了静电力常量 D．相对论和量子力学建立，意味着经典力学已经没有存在的必要 【答案】B 【详解】A．牛顿在伽利略理想斜面实验基础上总结出了牛顿第一定律，选项A错误； B．牛顿建立了万有引力定律理论，并提出可以进行“月地检验”，选项B正确； C．卡文迪什通过扭秤实验测量了万有引力常量，选项C错误； D．相对论和量子力学适应于微观高速粒子的运动，而经典力学适应于宏观低速物体的运动，相对论和量子力学的建立并不否认经典力学，经典力学对解决宏观低速物体的运动仍有必要性，选项D错误。 故选B。 12．1687年，牛顿的《自然哲学的数学原理》的出版，意味着建立了完整的经典力学体系。关于经典力学的适用范围，可以总结为（　　） A．宏观、高速运动的物体 B．宏观、低速运动的物体 C．微观、低速运动的物体 D．微观、高速运动的物体 【答案】B 【详解】A．经典力学不适用于高速（接近光速）运动的物体，此时需用相对论，故A错误； B．经典力学适用于宏观物体的低速运动，故B正确； C．微观领域需用量子力学，即使低速也不适用经典力学，故C错误； D．微观和高速均超出经典力学范围，故D错误。 故选B。 13．下列运动不能用牛顿力学规律解释的是（　　） A．射出的子弹 B．“复兴号”动车从长沙向北京运动 C．月球绕地球运动 D．电子绕原子核高速运动 【答案】D 【详解】A．子弹属于宏观物体且速度远低于光速，牛顿力学适用，A错误； B．动车是宏观低速运动的物体，牛顿力学适用，B错误； C．月球绕地球运动属于宏观天体的低速运动，牛顿万有引力定律可解释，C错误； D．电子是微观粒子，其绕原子核的运动需用量子力学描述，牛顿力学无法解释其量子化行为，D正确。 故选D。 14．牛顿力学是近代物理学的基础，因此牛顿被认为是最伟大的物理学家之一。但是牛顿力学在某些领域不再适用，或者说牛顿力学也有一定的局限性。下列选项不适用牛顿力学的是（　　） A．低速 B．宏观 C．参数远小于1的地球引力场 D．参数接近于1的黑洞 【答案】D 【详解】AB．牛顿经典力学只适用于宏观低速物体，故AB正确； CD．根据万有引力提供向心力可得 则 当时，物体处于低速运动，故牛顿力学适用，当接近1时，物体处于高速运动，牛顿力学不再适用，故C正确，D错误。 本题选错误项，故选D。 15．下列现象中可以在牛顿力学的框架下得到解释的是（　　） A．水星轨道近日点的进动 B．中子星或黑洞的运动 C．“辽宁号”航母上战斗机起飞 D．高能加速器中电子的运动 【答案】C 【详解】A．水星轨道近日点的进动问题需要用爱因斯坦的广义相对论解释，故A错误； B．爱因斯坦提出的广义相对论，描述了引力和时空之间的关系，能解释中子星或黑洞的运动，故B错误； CD．牛顿力学适用于宏观低速的运动，即辽宁号”航母上战斗机起飞能解释，高能加速器中电子的运动属于微观高速的运动，需要用相对论解释，故C正确，D错误。 故选C。 16．（2020·上海·高考真题）质量m=1.67×1027kg的质子在高能粒子加速器中加速为动能Ek=1.6×1010J。某同学根据算出质子的速度为v=4.38×108m/s该同学得出的数值是否合理 ，原因是 。 【答案】 不合理 速度超过光速，牛顿运动定律只能适用于宏观、低速的情况 【详解】[1]不合理，该速度已大于真空光速，根据相对论任何物体的速度不能超过真空光速。 [2]这个公式只适用于宏观低速的情况。 / 学科网（北京）股份有限公司 $